基于最小能耗树的无线传感器网络路由协议研究

摘要

无线传感器网络(WSN)是传感器技术、通信技术和计算机技术相结合的产物。低成本的传感器具有很好的计算能力和无线传输能力,这些传感器节点被部署到各种各样的环境下,比如军事监测、地雷探测、恶劣的物理环境等,用来收集有用的信息以供科学院研究或其它用途。由于WSN的巨大应用价值,它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注,被广泛地应用于军事、工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。
　　 然而由于传感器节点能量有限、不能补充的特点,使得如何设计一个有效的路由协议,用以减小节点的能量耗费、延长网络的寿命成为了无线传感器网络的研究重点。目前人们已提出各种各样的路由协议用于解决上述问题,像LEACH、PEGASIS等,但是这些协议都未能较好地解决高效利用节点能量的问题。本文通过分析这些协议优缺点,在其基础上提出一种基于最小能耗树的路由协议MECT(Minimum Energy Consumption Tree)。
　　 MECT协议通过构造一棵生成树来进行数据收集,从而减少了无线传感器网络中由于数据传输而消耗的能量。该协议把由传感器节点组成的网络看成一个带权的无向连通图,然后由基站根据这个连通图来生成一棵树,数据收集就是从叶节点到根节点的数据传输过程。MECT协议在生成树的过程中不仅考虑到每一轮数据收集所消耗的总能量,而且还考虑到各个节点能耗是否平均,使其在减少能耗的同时不失负载均衡。
　　 在数据传输过程中,MECT采取并行传输的方式。在每一轮中,基站完成生成树的工作后为节点分配传输时隙,所分配的传输时隙能够保证在无传输冲突的情况下多个节点对同时进行传输,有效的提高了传输效率、降低了传输时延。
　　 本文对MECT协议进行了模拟仿真实验,实验结果显示MECT与LEACH、PEGASIS协议相比在生存时间和时间延迟方面都具有更好的性能。
　　 关键宇:无线传感器网络;最小生成树;剩余能量;时延

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 本文的工作

1.3 本文章节安排

第2章 无线传感器网络概述

2.1 无线传器网络的体系结构

2.1.1 传感器节点结构

2.1.2 网络系统结构

2.1.3 传感器网络协议栈

2.2 无线传感器网络特征

2.3 无线传感器网络的应用

2.4 无线传感器网络的性能评价标准

2.5 本章小结

第3章 无线传感器网络路由协议研究

3.1 无线传感器网络路由协议的特点

3.2 平面路由协议

3.2.1 Flooding和Gossiping

3.2.2 SPIN

3.2.4 定向扩散

3.3 层次路由协议

3.3.1 LEACH协议

3.3.2 LEACH-C协议

3.3.3 FEEN协议

3.3.4 HEED协议

3.3.5 PEGASIS协议

3.4 本章小结

第4章 基于最小能耗树的无线传感器网络路由协议

4.1 系统模型

4.1.1 能量参考模型

4.1.2 数据传输参考模型

4.2 MECT协议过程分析

4.2.1 初始化

4.2.2 生成能耗树

4.2.3 选择根节点

4.2.3 数据传输

4.3 MECT协议的性能分析

4.3.1 时延分析

4.3.2 能耗分析

4.4 本章小结

第5章 MECT实验仿真

5.1 OMNeT++工具简介

5.1.1 OMNET++的基本组件

5.2 仿真模型

5.3 仿真结果

5.5 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

学位论文评阅及答辩情况表